空間光通信技術的發展與展望

顧欣++陳燕翔++陳健

摘 要目前自由空間通信技術在各個領域應用十分廣泛，其是一種以激光束為傳播信號，大氣為傳播介質的新型通信技術。隨著社會的進步以及科學技術的不斷發展，空間光通信技術也取得了突破性的進展，成為現代社會信息交流的基礎。本文通過對空間光通信技術的概述以及在我國的發展現狀，對空間光通信的關鍵技術進行了分析，并對其發展和應用進行了深入的探討。

【關鍵詞】空間光通信技術 關鍵技術 天線技術

隨著科學技術的不斷進步，人們對空間通信技術的研究也愈加深入，目前空間技術中的大功率軌道運載技術以及大容量衛星技術已經趨于成熟，促進了空間光通信技術的發展。當前人們對網絡傳輸的速率要求有明顯提升，因此對空間通信技術的要求也高，空間光通信技術能夠適應現代社會快速發展的需求，有效的提高通信數據的傳輸率，廣泛的引用在保密通信、局域網互聯、城域網擴展等領域，為現代社會的發展提供可靠高效的技術保障。

1 空間光通信技術概述

傳統的空間通信技術的載體是微波，但是這種技術已經遠遠不能滿足現代社會發展的需求，隨著通信技術的研究發展，空間通信技術逐漸發展到以激光為載波、大氣為傳輸介質的光通信技術，作為一種新型的寬帶通信技術，這種技術一方面繼承了微波通信的優勢，另一方面還增加了光纖通信的特點，其基本的原理是激光傳輸技術和光電轉換技術。該技術在進行兩點傳輸時，發射端和接收端設置有高靈敏度的激光的發生器和接收器，以及配備光學望遠鏡，發射端將電信號調制為光信號發出后，是以直線傳播的方式穿過自由空間到達接收端，其中光學望遠鏡控制激光的發射方向和接收方向，接收端在接收到光信號后再調制為電信號，實現雙工通信。空間光通信的優勢是通信容量大以及傳輸速度快，且成本低，安裝簡便。

2 我國空間光通信技術發展現狀

一直以來，衛星技術是我國進行空間探測的重要手段，并提供相應的技術保障，但是以微波為載體的空間技術已經無法滿足快速發展的社會需求。在發達國家空間光通信技術的研究已經取得了極大進展，但是在我國空間光通信技術還處于起步階段，因此只能借鑒國外先進的研究結果。我國的光通信技術發展至今已經取得了不錯的成就。在“十五”和“十一五”期間，我國首次成功的進行了星地激光通信實驗，以海洋二號衛星平臺為搭建平臺，這次實驗標志著我國的衛星光通信技術已經進入空間試驗階段。隨著連續波大功率半導體激光器技術、空分復用技術、智能天線技術等的發展，光通信技術也不斷的拉長傳輸距離，增大傳輸容量，提高了可靠性，拓寬了適用范圍。在“九五”期間我國已經開始基于激光大氣通信理論對空間光通信跟蹤技術進行深入研究，并取得了一定成就。

3 空間光通信關鍵技術

3.1 原子探針層析技術

原子探針層析技術（APT）在空間光通信系統中負責實現通信連接的功能，是當前空間分辨率較高的分析測試技術，能夠分辨原子種類，并對其空間位置進行直觀的重構，比較真實的顯示出不同元素原子的三維空間分布。APT是應用在空間光通信系統的服務器中，當服務器的網絡探測到信息時，APT服務器開始掃描通信鏈路，確認信息雙方的位置，確認后開始獲取信息，并鎖定通信目標，隨后完成光通信連接。

3.2 天線技術

天線技術是采用收發一體的天線實現空間光通信系統中的雙向互逆功能，提升空間光通信的傳輸性能。該技術的實現主要依靠天線陣、波束形成網絡以及波束形成算法，在發射器將電信號轉化為光信號后傳輸到發射天線后，天線技術利用波束形成算法計算發射功率，并發射出光束；接收天線對光束進行接收，主要是利用信號在不同的傳播方向的差異性，將相同頻率、相同時隙的信號進行區分，有效的降低了光信損失，使空間光通信更加穩定可靠。

3.3 捕獲技術

捕獲技術是空間光通信系統的關鍵技術，是能夠實現通信的先決條件。主要原理是監視和跟蹤目標特定的光電，來實現運動捕捉。利用捕獲技術能夠捕捉空間點的運行軌跡和具體位置，為實現空間光通信墊定基礎。

4 空間光通信技術的發展及應用

當前空間光通信技術已經實現了可行性，并在各個領域都有應用，一定程度上推動了現代社會的發展，當前面臨的主要問題是如何實現星際自由空間光通信。在信息高速增長的現代社會環境下，空間光通信技術的發展目標是提升傳輸的可靠性、提高傳輸速率以及擴展傳輸距離。隨著三網融合，現代通信的發展方向是數字化和智能化，因此我國要想在激烈競爭的國際背景下有所突破，就要實現空間光通信系統的智能化以及數字化。主要的研究方向如下：大氣信道的研究，大氣是對信號影響最大的干擾因素，會在接收端產生一定的信噪比，解決大氣信道干擾能夠提升空間光通信技術的通信速率和拓寬通信距離；傳輸可靠性的研究，主要是研究信號接收和信號源，需要激光器產生的信號具有光束窄、頻率高的特丹，因此對其功率以及穩定性要進行深入研究；保密性的研究，當前自由空間光通信技術的通信信道是開放的，這樣會造成不法分子在不切斷光束的情況下竊取信息，因此要進一步完善空間光通信技術的保密性和安全性。今后空間光通信技術將會在寬帶接入市場中成為主流，與微波通信技術互為補充，微波系統在大區域范圍內實現低速通信，空間光通信技術在小區域范圍內實現高速通信，更加便利的為用戶提供可靠穩定的服務，還能在惡劣環境下充當備份通信服務。

5 結束語

綜上所述，空間光通信技術在現代社會中逐漸發揮不可替代的作用，其發射率高、靈敏度高以及安全保密性良好的特點，可以滿足衛星通信的需求，并與其他通信技術互為補充，實現了光纖的告訴傳輸，并帶動了三網融合的發展，促進電子政務、電子商務、遠程醫療等信息化建設領域。空間光通信技術的發展空間廣闊，并會為我們生活帶來更多的便捷。

參考文獻

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作者單位

1.中移（杭州）信息技術有限公司 浙江省杭州市 311100

2.浙江樹人大學（基礎部） 浙江省杭州市 310015